Milline on NACE TM0177 lahuses A 316 roostevabast terasest küttekeha maksimaalne lubatud sulfiidpinge korrosiooni pragunemise lävi 24 kraadi ja 80 kraadi juures

Austeniitse roostevaba terase SSC tundlikkuse sõltuvus temperatuurist

Elektriliste küttetorude sulfiid-pingekorrosioonipragude (SSC) temperatuuri-juhtimine hapu teeninduskeskkondades (naftaväljade veesoojendid, geotermilised süsteemid või rafineerimistehase protsessisoojendid) on mitte-monotoonne, st risk ei ole pelgalt temperatuuri funktsioon. Erinevalt kloriidi poolt indutseeritud SCC-st, mis on temperatuuri tõusuga tugevam, on austeniitsete roostevabade teraste (nt 316) SSC maksimaalne vastuvõtlikkus ümbritseva õhu temperatuuril (20–30 kraadi) ja kõrgendatud temperatuuridel (üle 80 kraadi) . 316 NaC} . 316 lahus NACE TMl5} w%{7% äädikhappega, küllastunud H2S-ga rõhul 1 atm, pH ~ 2,7-3,0) on SSC lävipinge umbes 60-70% selle voolavuspiirist 24 kraadi juures. See tähendab, et pinged, mis on suuremad kui 120–140 MPa (lõõmutatud 316 puhul voolavuspiiriga ~ 205 MPa), põhjustavad pragunemist 720 tunni jooksul. 80 kraadi juures nihkub lävi ülespoole, et jõuda voolavuspiirini (ligi 200 MPa), mis näitab oluliselt väiksemat SSC tundlikkust. Selles artiklis on 316 ümbrise SSC läved kvantifitseeritud temperatuuri funktsioonina.

Temperatuuri{0}}sõltuva SSC tundlikkuse päritolu

Sulfiidstresskorrosioonipragunemine tekib siis, kui korrosioonireaktsioonist tekkiv aatomvesinik (Fe + H2S → FeS + 2H) difundeerub terasse ja habrastab mikrostruktuuri. Austeniitsete roostevabade teraste (nt 316) puhul on vesiniku difusioon toatemperatuuril aeglane, kuna pind-keskse kuupmeetri (FCC) struktuur põhjustab madala vesiniku difusioonivõime (ligikaudu 10-12 kuni 10-11 cm2/s 25 kraadi juures ja 10-6 cm2/s ferriitsete teraste puhul). Külmtöö koos suure kõvaduse ja suure dislokatsioonitihedusega võib aga muuta 316 vastuvõtlikuks. Kõrgematel temperatuuridel (> 60-80 kraadi) suureneb vesiniku difusioon, kuid suureneb ka vesiniku taluvus, kuna nihestused võivad nihkuda, et leevendada kohalikke pingeid. Ka korrosioonikiirus suureneb temperatuuri tõustes, mis toob kaasa rohkem vesiniku tootmist, kuid vesiniku rekombinatsioonireaktsioon on kõrgematel temperatuuridel vähem mürgitatud H2S-ga. Seega on tulemuseks maksimaalne vastuvõtlikkus SSC suhtes vahemikus 20–40 kraadi ja kiire langus üle 60 kraadi.

Kvantifitseeritud SSC piirangud 24 kraadi ja 80 kraadi juures

Lõõmutatud 316 roostevaba terase, kõvadusega < 200 HV, konstantse koormuse SSC testimine NACE TM0177 lahenduses A on määranud tavapärase 720-tunnise katseperioodi jooksul järgmised pragunemise lävipinged.

Temperature (°C) Material Condition Yield Strength (0.2% offset, MPa) Threshold Stress for SSC (MPa, 720h)Threshold Stress as % of Yield SSC Susceptibility Rating 24 Annealed (150-180 HV) 205 120-140 60-70% Moderate 24 Cold-worked (20%, 250-300 HV) 400-500 80-120 (absolute) 20-30% High 24 Hard-drawn (>35% CW, >350 HV) 550-700<50 (absolute) <10%Severe 80Annealed 190 (derated) 170-190 90-100% Low 80 Cold-worked (20%) 350-450 250-350 70-80% Moderate 80 Hard-drawn (>35% CW) 500-650 300-500 60-70% Mõõdukas
Kõvaduse{0}}SSC-resistentsuse kriitiline koostoime

NACE MR0175/ISO 15156 järgi (H₂S-sisaldavates keskkondades olevate materjalide spetsifikatsioon) on haputöös kasutatavate austeniitsete roostevabade teraste maksimaalne kõvadus 22 HRC (umbes 250 HV). See kõvaduspiir vastab maksimaalselt umbes 15-20% külmtööle. Allolevas tabelis on toodud kõvaduse piirangud ja nende mõju SSC-le toatemperatuuril.

Maksimaalne kõvadus (HRC) Maksimaalne kõvadus (HV) ekvivalentne külmtöö SSC lävipinge (MPa, 24 kraadi, lõõmutatud alus)316 Vastuvõetav NACE MR0175 järgi<15 <180 0-5% (annealed) 140 Yes (with qualification)
15-20 180-230 5-12% 120 Jah (piiratud)
20-22 230-250 12-18% 100 marginaal
22-25 250-280 18-25% 80 Unacceptable 25-30 280-330 25-35% 50 Unacceptable >30 >330 >35% <50 (extremely low) Unacceptable
Praktilised soovitused sour Service'i kütteseadmete rakenduste jaoks

Järgmised soovitused põhinevad 316 ümbrisega küttekeha töötemperatuuril, mida kasutatakse H2S-teenuses (H2S osarõhk üle 0,05 psia või kontsentratsioon üle 10 ppm vedelas vees).

Töötemperatuur (kraad ) H2S osarõhk (psia) Maksimaalne kõvadus (HRC/HV) Soovitatav vormimisjärgne kuumtöötlus -Alternatiivne sulam<30 <0.05 22/250 Stress relief 400-450°C 316 acceptable <30 0.05-0.5 20/230 Full solution anneal + stress relief 316L preferred <30 >0.5 18/210 Full solution anneal Duplex 2205 recommended 30-60 Any 22/250No need (reduced susceptibility) 316 acceptable 60-80 Any 25/280316 accept None necessary (low susceptibility) >80 Kõik Kõik (ilma SSC riskita)316 täiesti vastuvõetavad Pole nõutud
SSC rikke välidiagnoos

SSC-st 316 küttekehas tekkiv pragunemine on tavaliselt pigem transgranulaarne (läbi terade), mitte teradevaheline, sageli hargnedes nagu SCC kloriid, kuid oluliste kloriidide puudumisel. Murdepinnal on vähe plastilist deformatsiooni, mis võib olla tasane ja lihvitud. Kõige tõenäolisemad pragunemise kohad on külmad-töödeldud alad (nt kõverate välimine raadius) ja temperatuur alla 60 kraadi. Kui kütteseade läheb rikki hapuveesüsteemist, sealhulgas H 2 S, ja rike on kurvis või külmas tööpiirkonnas ja töötemperatuur on 50 kraadi, tuleks SSC-d kahtlustada, kui kõvadus ületab umbes 250 HV, olenemata kõvadusest.

Järeldus: SSC riskikontroll temperatuuri ja kõvaduse kontrolli kaudu

316 stainless steel encased heaters in sour service (H2S-containing environments) have peak vulnerability to SSC at ambient to 40°C, and drops dramatically above 60°C. The threshold stress for SSC in NACE TM0177 Solution A at 24°C is about 60-70% of yield strength (120-140 MPa for annealed 316). At 80C the threshold climbs to near yield strength (170-190 MPa) suggesting substantially lesser danger. For sour service with 316 sheaths, NACE MR0175 requires that the hardness does not exceed 22 HRC (250 HV) when operating below 60°C. Hardness is less important for higher temperature operations (>60 kraadi), seetõttu saab 316 ohutult kasutada ka kõrgematel külmtöödel. See siin kirjeldatud raamistik võimaldab ostjatel valida 316 kesta, mis on vastupidavad sulfiidpingest tingitud korrosioonipragudele hapudes tingimustes, seostades temperatuuri, kõvaduse ja SSC lävipinge.